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UNIVERSIDAD RICARDO PALMA FACULT FACULTAD DE ARQUITECTURA A RQUITECTURA Y URBANISMO URB ANISMO Curso: Iluminación y Ventilación Profesor: Martín Wieser
Cálculo gráfico de predicción en iluminación natural Sistema B.R.E. (Building Research Establishment)
Septiembre de 2.003
2 El sistema gráfico de la B.R.E. se basa en la utilización de transportadores y nomogramas para la predicción del nivel de iluminación en el interior de habitaciones con aberturas que permiten el paso de luz natural. La unidad resultante es un porcentaje denominado Coeficiente de Luz Diurna (C.L.D.%). El C.L.D.% es la relación porcentual entre el nivel de iluminación interior en el plano de trabajo (E i, luxes) y el nivel de iluminación exterior en el plano horizontal (E e, luxes). C.L.D.% = [E i / Ee] · 100
Consideraciones del tipo de cielo: En el caso concreto de Lima, el nivel de iluminación exterior en días nublados sobre las 8 de la mañana y las 5 de la tarde promedia los 15.000 luxes. Requiriéndose frecuentemente niveles de iluminación por encima de los 100 o 150 luxes para la mayoría de trabajos domésticos (no de precisión, ver Tabla I), a partir de un C.L.D.% de 1, nos encontramos generalmente dentro de niveles confortables. El cielo adecuado para los cálculos de iluminación en Lima, debido a sus características, es el Cielo Cubierto Normal (C.I.E.), donde la luminancia (o brillo) del cielo en el horizonte (L h) es la tercera parte de la luminancia del cielo en el cenit (L z), pudiéndose deducir la luminancia de cualquier parde del cielo (punto X) a partir de una relación de:
Lx = Lz [ (1 + 2 sen
θ)
/ 3 ],
donde L x es la luminancia en el punto escogido y por dicho punto.
θ es
el ángulo entre la horizontal y la línea que pasa
PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO A PARTIR DEL MÉTODO GRÁFICO B.R.E. C.L.D.% = (C.C.% + C.R.E.% + C.R.I.%) · τ · K1 · K2 Donde:
τ, K1 y K2 C.C.% C.R.E.% C.R.I.%
= = = =
Factores o coeficientes de corrección. Componente Celeste (o de Cielo). Componente de Reflexión Externa. Componente de Reflexión Interna.
3 Consideraciones previas: - Los cálculos explicados en esta separata se refieren exclusivamente a aberturas verticales, vidriadas y bajo condiciones de Cielo Cubierto Normal (C.I.E.). Existen diferentes transportadores y nomogramas que permiten, bajo procedimientos similares, calcular en otras condiciones de cielo y de aberturas. - El plano de trabajo, en caso de no conocerse la actividad específica del local, se considerará a 80 cm. desde el nivel del suelo. - El punto de verificación (P), asumiendo habitaciones de vivienda convencionales (dormitorios, salas, estudios, etc.), se ubicará en el punto medio de la habitación. Para condiciones particulares de disposición de ventanas y formas de ambientes, se recomienda consultar la bibliografía recomendada al final. - En el caso de existir obstrucciones exteriores de alturas no uniformes, se tomará como referencia el plano promedio de las mismas.
EL CÁLCULO: (Utilizar paralelamente la separata del ejercicio)
El factor de transmisión (τ). Representa las pérdidas en el nivel de iluminación debido al material translúcido (vidrio) por donde pasa la luz. El método gráfico B.R.E. ya considera la existencia de un vidrio simple y transparente ( τv = 0.95) dentro de los cálculos. En el caso de co nsiderarse este tipo de vidrio, el factor τ será igual a 1. En caso de considerarse un cristal con diferente factor de transmisión, = τ de vidrio utilizado / 0.95 τ Ver factores de transmisión más comunes en la Tabla II.
El factor de pérdidas por obstrucción de carpintería de ventana (K 1).
Se expresa como la relación entre el área neta de vidriado efectivo que ilumina (av, es decir, el área del vano menos el área comprendida por la carpintería y demás obstrucciones) y la superficie total del vano (hueco) de la ventana (A). El valor será siempre igual o menor que 1. K1 = av (m2) / A (m2)
El factor de mantenimiento (K2).
Es la consideración de las pérdidas por suciedad, según el mantenimiento que se les preste a las superficies que permiten el paso de la luz. Los valores referenciales se encuentran el la Tabla III.
4 El Componente Celeste (C.C.%). El instrumento a utilizar para el caso concreto de ventanas verticales con cristal simple y bajo cielo cubierto C.I.E. es el siguiente transportador B.R.E. (Transportador más detallado en las láminas finales):
1ª Sección 2ª Sección
Sobre un plano de corte de la habitación se ubica el centro de la 1ª Sección del transportador sobre el punto de verificación P, apoyando el mismo sobre el plano de trabajo. Se trazan las líneas que unen el centro del transportador (que coincide con P) con el borde superior de la ventana y el plano promedio de la obstrucción exterior. En caso que la abertura se extienda por debajo del plano de trabajo, dicha sección no se considerará en los cálculos. En caso de existir aleros, balcones o toldos de proporciones considerables, la parte baja visible de los mismos desde el punto P se considerará como parte del C.R.E. y se calculará por separado considerando un factor de reflexión adicional. Sobre el borde exterior del transportador se leen los valores extremos (superior e inferior). Restando el menor al mayor se encuentra el C.C.% para una ventana de longitud infinita: C.C.% ventana infinita = % vertical sup. - % vertical inf. En la escala interior se pueden leer los ángulos de elevación extremos (superior e inferior). A partir de ellos se determina el ángulo promedio: Angulo promedio C.C. = (Angulo superior + Angulo inferior) / 2 Luego, sobre un plano en planta, se coloca la 2ª Sección del transportador para determinar los factores de corrección de la ventana infinita. Se ubica nuevamente el centro del transportador sobre el punto P, con el eje del mismo paralelo a la ventana. Se trazan las líneas que van desde P hacia los bordes de la ventana y, sobre el transportador, la semicircunferencia determinada por el ángulo promedio. A partir de la intersección de ambas se determina, siguiendo las líneas curvas, los valores correctivos para el ancho específico de dicha ventana. Ambos valores finalmente se suman (cuando los mismos se ubican en lados opuestos del transportador) o se restan (cuando se ubican en un mismo lado del transportador, o sea, cuando P se ubica lateralmente a la ventana) para obtener el factor de corrección. El C.C.% real de la ventana se obtiene, por último, multiplicando el porcentaje de C.C.% correspondiente a la ventana infinita por el factor de corrección: C.C.% = C.C.% ventana infinita · factor de corrección
El Componente de Reflexión Externa (C.R.E.%). Los procedimientos iniciales del cálculo del C.R.E.% son iguales a los expuestos del C.C.%, pero abarcando la sección entre el borde inferior de la ventana y el plano promedio de la obstrucción exterior. A este resultado, además, se le debe aplicar adicionalmente un factor de reflexión externa, según los colores o acabados de la obstrucción exterior. Los valores del factor de reflexión según el material y color se encuentran en las tablas IV.a y IV.b. C.R.E.% = C.R.E.% ventana infinita · factor de corrección · factor de reflexión
5 El Componente de Reflexión Interna (C.R.I.%). Para la determinación del C.R.I.% se utiliza el Nomograma de la B.R.E., en este caso concretamente para locales iluminados lateralmente (Nomograma más detallado en las láminas finales):
Se presentan tres columnas graduadas con cinco escalas (A, B, C, D y E) que se describen en el mismo Nomograma y cuyo orden indica la secuencia para ingresar y determinar los resultados. Para la escala A se debe determinar la relación entre el área de vidrio (av, ver K 1) y el área total de las superficies interiores (AT = Piso, techo y paredes, restando de las paredes el área de la ventana). Valor en A = av (m 2) / AT (m 2) Para el valor correspondiente en la escala B se requiere el factor de reflexión promedio de las superficies interiores. La fórmula para obtener dicho factor es: Factor de reflexión de Sup. Int. = [(S v · Rv) + (Sp · Rp) + (S pi · Rpi) + (S te · Rte)] / ST Donde: Sv = Superficie vidriada Rv = Factor de reflexión de sup. vidriada Sp = Superficie de pared Rp = Factor de reflexión de paredes Spi = Superficie de piso R pi = Factor de reflexión de piso Ste = Superficie de techo R te = Factor de reflexión de techo ST = Superficie total (incluyendo las ventanas) Ver nuevamente los factores de reflexión en las tablas IV.a y IV.b. Uniendo los resultados de la escala A y B, la línea pasa a través de la columna de la escala C. En caso de no haber obstrucciones exteriores, el resultado del C.R.I.% se lee directamente en dicha escala. En caso contrario, se debe determinar el ángulo de la obstrucción exterior para ubicarlo en la escala D. Este ángulo es el que forma la línea horizontal de la parte baja del vano de la ventana y el plano promedio de las obstrucciones exteriores.
Habiendo ubicado el valor del ángulo (en grados) en la columna D, se une este con el valor previamente deducido en la escala C y se proyecta a la escala E. Esta última escala nos daría, en definitiva, el valor del C.R.I.% considerando la influencia de obstrucciones exteriores.
6 Tabla I: Niveles de iluminación recomendados según diferentes ambientes (en luxes). Banco:
Escuela:
Iluminación general Sobre zona de escritura y cajas Caja de caudales
500 750 500
Biblioteca: Sala de lectura Trabajo de investigación Pabellones: de reparación y encuadernación de libros de ficheros mesa de control
400 600 500 100 400 400
Centros Comerciales de impor tancia: Iluminación general Depósito de mercadería Vidrieras: Sobre calle comercial Sobre calle secundaria
1000 300 2000 1500
Centro Comercial de mediana importancia: Iluminación general Vidrieras
500 1000
Aulas comunes Oficinas Biblioteca Gimnasio Vestuarios y baños: Iluminación general Iluminación localizada Circulaciones
* Iluminación sobre plano vertical Baño: Iluminación general Iluminación localizado s/espejo* Dormitorio: Iluminación general Iluminación localizada s/ cama, espejo* Cocina: Iluminación sobre zona de trabajo Estar: Iluminación general Iluminación localizada lectura intermitente, escritura, costura
Tabla II: Factores de transmisión de diferentes tipos de vidrio (τ). Tipo de vidrio
Traslúcido
Laminados de plástico
Factor de transmisión
Simple (2 a 3 mm) Doble (2 a 3 mm) Triple (4 a 6 mm) Armado (hast a 6 mm) Prensado (3 a 6 mm) Impreso fantasía ( 3 a 4 mm) Opalino o esmerilado (3 o 5 mm) Opalino rojo Opalino naranjo Opalino amarillo Opalino verde Opalino azul I mp re so gr ue so e in dus tr ia l ( ha st a 6 mm ) Chapa transparente para techo Lámina de plástico acrílico Plástico transparente nuevo Plástico transparente con 6 meses Azulado s. Absorb entes de c olor Verde atérmico
Bloques de vidrio
0.95 0.85 0.82 0.80 0.90 - 0.57 0.85 - 0.80 0.85 - 0.80 0.04 - 0.02 0.10 - 0.06 0.20 - 0.12 0.09 - 0.03 0.01 0. 80 - 0. 75 0.80 - 0.75 0.78 - 0.55 0.90 0.85 0.74 0.75 0.30 - 0.25
Tabla III: Factores de corrección según estado de limpieza de los vidrios (K2).
Esta do d e l im pi ez a Bueno Regular Malo
100 200 200
Vivienda:
Para ver niveles adicionales especializados (industria, hospitales, oficinas, etc.), consultar la bibliografía recomendada.
Laminado
500 500 400 300
Vidrio vertical (9 0º)
Vidrio ho riz on tal (0º )
Vidrio in cli na do
0.9 0.7 0.6
0.8 0.6 0.5
0.7 0.5 0.4
100 200 200 200 200 100 200 300
7 Tabla IV.a.: Factores de reflexión según materiales. Material Acuarela blanca Cobre Cromo pulido Cromo mate Esmalte blanco Estuco blanco viejo Estuco blanco seco nuevo Hormigón viejo Hormigón nuevo Ladrillo nuevo Ladrillo viejo Madera Roble claro Madera Roble oscuro
Factor de reflexión 0.65 - 0 .75 0.48 - 0.50 0.60 - 0.70 0.52 - 0.55 0.65 - 0.75 0.30 - 0.60 0.70 - 0.80 0.05 - 0.15 0.40 - 0.50 0.10 - 0.30 0.05 - 0.15 0.40 - 0.50 0.15 - 0.40
Material
Factor de reflexión
Madera Caoba o Nogal Madera clara (Abedul o Arce) Marmol Pulido Niquel pulido Niquel mate Oleo blanco Plata pulida Pintura de aluminio Pergamino Seda Blanca Vidrio claro 2 - 4 mm. Vidrio Prensado 3 - 6 mm. Vidrio Opalino verde 2 - 3 mm.
0.15 - 0.40 0.55 - 0.65 0.30 - 0.71 0.53 - 0.63 0.55 - 0.60 0.75 - 0.85 0.88 - 0.93 0.60 - 0.75 0.48 0.29 - 0.38 0.06 - 0.08 0.07 - 0.24 0.60 - 0.66
Tabla IV.b.: Factores de reflexión según color. Color Blanco
Amarillo
Verde
Rojo
Tonalidad
Coef. de reflexión
Claro Mediano Oscuro Nieve Marfil Claro Mediano Oscuro Crema Canario Paja Oro Oro Viejo Claro Mediano Oscuro Claro Prado Hoja Musgo Claro Mediano Oscuro Cobre Ladrillo Naranja Escarlata Vivo
0.80 0.70 0.68 0.76 0.67 0.70 0.50 0.30 0.69 0.67 0.65 0.58 0.37 0.60 0.30 0.05 0.54 0.39 0.20 0.25 0.35 0.20 0.10 0.48 0.35 0.39 0.29 0.27
Color Rojo Rosa Pardo Marrón Beige Gris
Azul
Negro
Tonalidad
Coef. de reflexión
Granate Bengala Carne Habano Ladrillo Siena Claro Mediano Oscuro Claro Mediano Oscuro Claro Mediano Oscuro Perla Plata Pizarra Claro Mediano Oscuro Hortensia Cielo Azul Vivo Pastel Violaceo Ultramar Ebano
0.12 0.60 0.57 0.37 0.31 0.15 0.50 0.25 0.08 0.65 0.45 0.25 0.60 0.35 0.20 0.42 0.28 0.19 0.50 0.20 0.05 0.49 0.26 0.15 0.12 0.11 0.09 0.04
Gráficos, tablas y procedimiento obtenido en base a: GONZALO, Guillermo E.; Habitabilidad en Edificios ; CEEMA, Tucumán, 2.000. (disponible en el Laboratorio de Acondicionamiento Ambiental)
Bibliografía complementaria: GONZALEZ, Guillermo E.; Manual de A rqu itectur a Bioc limática ; Tucumán, 1.998. ROBBINS, Claude L; Daylighting . Van Nostrand Reinhold Company. New York, 1986. BAKER, Nick y STEEMERS, Koen; D a y li g h t D e s i g n o f B u i l d i n g s . James & James. London, 2002.
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Transportador (B.R.E.) para cálculo del C.C.% y C.R.E.% Para ventana vertical con vidrio simple / Cielo cubierto C.I.E.
30
2 5 2 0 5 1
30,7
30
2 5 2 0
Componente Celeste (%) para ventanas de 'longitud infinita'
1 5 1 0
0 1
6 0
5
7 0
8 0
90
8 0
7 0 6 0
5
5 0
0 5
4 0
0 4
0 3
3 0
Angulo de Elevación
1
1
2 0
0 2
1 0
0 1
0
0
0
a n a t n e v e d l a e r d u t i g n o l a r a p n ó i c e r r o c e d s e r o t c a F
8 4 , 0
, 0 4
4 , 0
3 , 0
2 , 0
, 0
2 1 , 0 , 0 0 1
º 0
º 0 3
º 0 6
º 0 9
Fuente original: 'Building Research Establishment' (B.R.E.), anteriormente llamado 'Building Research Station' (B.R.S.).
, 0 3
0 , 4 8
0
9
Nomograma (B.R.E.) para cálculo del C.R.I.% Para ambientes con aberturas laterales
A 0.20
E 2.00
C 0.15
s e r o i r e t n i s e i c i f r e p u s s a l e d l a t o t a e r á l e y a n a t n e v a l e d a e r á l e d n ó i c a l e R
1.50
0.10
1.00
0.09
0.90
0.08
0.80
0.07
0.70
0.06
0.60
0.05
0.04
0.03
0.02
10.00 9.00 8.00
0.50
0.40
0.30
0.20
s e r o i r e t x e s e n o i c c u r t s b o e d a i c n e u l f n i a l o d n a r e d i s n o c ) % ( a n r e t n i n ó i x e l f e r e d e t n e n o p m o C
s e r o i r e t x e s e n o i c c u r t s b o e d a i c n e u l f n i a l r a r e d i s n o c n i s ) % ( a n r e t n i n ó i x e l f e r e d e t n e n o p m o C
7.00
B
6.00
60
5.00
80 55
4.00 3.00
60
) % ( s e r o i r e t n i s e i c i f r e p u s s a l e d o i d e m o r p n ó i x e l f e r e d r o t c a F
2.00
1.00 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30
0.20
0.10 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05
0.15
0.02
C A
0.10
E
Fuente original: 'Building Research Establishment' (B.R.E.), anteriormente llamado 'Building Research Station' (B.R.S.).
45
40
50
40
30 35 20 10 30
0
25
20
B
0.03
0.01
70
50
0.04 0.015
D
D
) s o d a r g ( n ó i c c u r t s b o e d o l u g n A
